JP2021188559A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】出力軸の回転速度に対して主軸の回転速度を変更する作業性を向上する。【解決手段】ポンプ１０は、主軸１７、駆動機２６、及び駆動機２６の駆動力を主軸１７に伝達する伝達機構２８を備える。伝達機構２８は、出力軸２７又回転軸３２に取り付けられた駆動側回転部材４２と、主軸１７の外側部１７ｂに取り付けられた従動側回転部材４５と、回転部材４２，４５に巻き掛けられた伝達部材４６と、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を変更する変速機構４８とを備える。変速機構４８は、駆動側回転部材４２が備えており、それぞれ伝達部材４６を巻掛可能で、それぞれ直径が異なる複数の巻掛部４９と、伝達部材４６の巻掛位置を、複数の巻掛部４９のうちのいずれか１つから他のいずれか１つに切り換える切換機構５０とを備える。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、ポンプに関する。

排水用のポンプには、ポンプケーシングを貫通した主軸の外側部に、主軸を回転させるための駆動機が取り付けられている。特許文献１に開示されたポンプは、駆動機として、定常時に用いられるエンジンと、非常時に用いられるモータとを備える。エンジンの出力軸は、主軸と同一軸線上に配置され、減速機を介して主軸に接続されている。モータの出力軸は、主軸に対して平行に配置され、一対のプーリとベルトを介して主軸に接続されている。

特許文献１には更に、一対のプーリのうちの一方が、低速用の大径プーリ、中速用の中径プーリ、及び高速用の小径プーリを備えることが開示されている。モータの出力に応じて、３種のプーリのうちのいずれかにベルトを巻き掛けることにより、モータへの過負荷を防ぎ、要求される速度で主軸を回転できる。

特開２０１３−１１３１８５号公報

特許文献１では、モータを停止しなければベルトを巻き掛けるプーリを変更できず、出力軸の回転速度に対して主軸の回転速度を変更する作業性について何も考慮されてない。

本発明は、出力軸の回転速度に対して主軸の回転速度を変更する作業性を向上できるポンプを提供することを課題とする。

本発明の一態様は、ポンプケーシングの内部に配置された内側部と、前記ポンプケーシングの外部に配置された外側部とを有する主軸と、定速で回転する出力軸を有する駆動機と、前記主軸が回転するように前記駆動機の駆動力を前記主軸に伝達する伝達機構とを備え、前記伝達機構は、前記出力軸に接続され、前記主軸に沿って配置された回転軸と、前記回転軸に取り付けられた駆動側回転部材と、前記主軸の前記外側部に取り付けられた従動側回転部材と、前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材に巻き掛けられた無端状の伝達部材と、前記出力軸の回転速度に対する前記主軸の回転速度を変更する変速機構とを備え、前記変速機構は、前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のうちの一方が備えており、それぞれ前記伝達部材を巻掛可能で、それぞれ直径が異なる複数の巻掛部と、前記伝達部材の巻掛位置を、前記複数の巻掛部のうちのいずれか１つから他のいずれか１つに切り換える切換機構とを備える、ポンプを提供する。なお、駆動機の出力軸を主軸に沿って配置し、駆動側回転部材を回転軸の代わりに出力軸に取り付けてもよい。

本態様では、伝達部材の巻掛位置を複数の巻掛部のうちのいずれかに切り換える切換機構を備えるため、この切換機構の操作によって、駆動側回転部材の回転数に対する従動側回転部材の回転数の比率を変更できる。これにより、駆動機を停止することなく、出力軸の回転速度に対する主軸の回転速度を変更できるため、主軸の回転速度を変更する作業性を向上できる。

本発明のポンプでは、出力軸の回転速度に対して主軸の回転速度を変更する作業性を向上できる。

本発明の第１実施形態に係る立軸ポンプを示す断面図。 図１Ａの上部を拡大した断面図。 駆動側プーリに対して第１の巻掛位置にベルトを巻き掛けた状態を示す部分断面図。 駆動側プーリに対して第２の巻掛位置にベルトを巻き掛けた状態を示す部分断面図。 従動側プーリに対してベルトを巻き掛けた状態を示す側面図。 第１実施形態の変速機構の平面図。 第２実施形態に係る立軸ポンプの上部を示す断面図。 第２実施形態の変速機構の平面図。 立軸ポンプの変形例を示す断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る立軸ポンプ１０を示す。図１Ａに示すように、立軸ポンプ１０は、排水機場の吸水槽１の上方を覆うポンプ床（据付床）２に取り付けられ、吸水槽１に流入した雨水等の液体を下流側へ排出する。立軸ポンプ１０は、ポンプケーシング１２、主軸１７、羽根車２０、及び駆動機構２５を備える。

ポンプケーシング１２は、ポンプ床２に形成された貫通孔２ａに上方から差し込み、ポンプ床２に固定されている。ポンプケーシング１２は、揚水管１３と、揚水管１３の上端に接続された吐出管１５とを備える。揚水管１３は、貫通孔２ａから鉛直方向下向きに突出する直管である。揚水管１３の内部下側には、揚水管１３と同軸で筒状の軸受ケーシング１４が設けられている。吐出管１５は、概ね９０度屈曲された曲がり管であり、ポンプ床２から上方へ突出している。吐出管１５には、下流側の吐出槽に配管された送水管（図示せず）が接続される。

主軸１７は、吐出管１５を貫通し、揚水管１３の軸線に沿って鉛直方向に配置されている。より具体的には、主軸１７は、ポンプケーシング１２の内部に配置された内側部１７ａと、ポンプケーシング１２の外部に配置された外側部１７ｂとを備える。内側部１７ａの下端は、軸受ケーシング１４を貫通し、揚水管１３の下端の吸込口１２ａと軸受ケーシング１４との間に配置されている。主軸１７の外側部１７ｂは、吐出管１５から外部へ突出し、駆動機構２５に機械的に接続されている。

軸受ケーシング１４内に位置する主軸１７の内側部１７ａは、水中軸受１８に回転可能に支持されている。水中軸受１８は、セラミック又は熱伝導率が低い樹脂からなる摺接部材を備える。水中軸受１８は、主軸１７（内側部１７ａ）の全長に応じて２以上配置されることもある。本実施形態では、軸受ケーシング１４の上端と下端にそれぞれ水中軸受１８が配置されている。吐出管１５は主軸１７を貫通させる貫通孔を有し、この貫通孔が軸封装置１９によって液密にシールされている。

羽根車２０は、軸受ケーシング１４の下側に配置され、内側部１７ａの下端に取り付けられている。駆動機構２５が備える駆動機２６の駆動によって主軸１７が回転されると、羽根車２０は、主軸１７と一体に回転し、ポンプケーシング１２内を通して吸水槽１内の液体を下流側へ排出する。

引き続いて図１Ａを参照すると、駆動機構２５は、主軸１７の外側部１７ｂに機械的に接続され、主軸１７を回転させる。駆動機構２５は、オペレータの指令によって駆動する駆動機２６と、駆動機２６の駆動力（出力軸２７の回転）を主軸１７に伝達する伝達機構３０とを備える。

駆動機２６には、電動モータを用いることができる。駆動機２６は、主軸１７に対して交差する向き（水平方向）へ突出し、定速で回転（例えば3580rpm）する出力軸２７を備える。言い換えれば、主軸１７に対して出力軸２７が交差するように、駆動機２６は、主軸１７の延長線上を除く、主軸１７の横に位置するようにポンプ床２上に配置されている。

図１Ｂに示すように、伝達機構３０は、回転軸３２、一対のプーリ４２，４５、及びベルト４６を備え、回転軸３２を介して出力軸２７の回転を主軸１７に伝達し、主軸１７を回転させる。また、伝達機構３０は、変速機構４８を備え、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を変更する。

回転軸３２は、第１歯車３３及び第２歯車３４と一緒に回転方向変換装置を構成する。回転軸３２は、出力軸２７に対して直交方向に配置され、主軸１７に沿って鉛直方向に延びている。回転軸３２の上端は、主軸１７の上端と概ね同じ高さに位置し、回転軸３２の下端は、出力軸２７よりも下方に位置している。回転軸３２、第１歯車３３及び第２歯車３４はハウジング３５内に収容されている。

第１歯車３３は出力軸２７の内端に取り付けられ、第２歯車３４は回転軸３２の中間部分に取り付けられている。第１歯車３３と第２歯車３４は、いずれも傘歯車であり、斜面に周方向へ等間隔をあけて複数の歯をそれぞれ備え、互いに噛み合っている。なお、第１歯車３３は、出力軸２７に対して継手を介して機械的に接続された回転軸に取り付けられていてもよい。

図１Ｂに示すように、ハウジング３５は、下側が閉鎖されて上端が開口された下側部材３６、上側が閉鎖されて下端が開口された上側部材３７、及び下側部材３６と上側部材３７の間に配置された中間部材３８を備える。下側部材３６と中間部材３８の間、及び上側部材３７と中間部材３８の間には、それぞれ支持板３９が介設されている。下側部材３６の内部には潤滑油が充填されている。

ハウジング３５内で回転軸３２は、一対の支持板３９をそれぞれ貫通し、下側部材３６内から上側部材３７内にかけて延在している。一対の支持板３９にはそれぞれ、回転軸３２を回転可能に支持する軸受４０が配置されている。出力軸２７は中間部材３８の一側を貫通し、その先端に第１歯車３３が取り付けられている。

駆動側プーリ（駆動側回転部材）４２は、回転軸３２の上端側に取り付けられている。従動側プーリ（従動側回転部材）４５は、駆動側プーリ４２と同じ高さに位置するように、主軸１７の外側部１７ｂの上端側に取り付けられている。プーリ４２，４５は、それぞれの回転軸線Ａ，Ｂが延びる方向から見て円形状である。プーリ４２，４５の外周にはそれぞれ、径方向内向きに窪み、ベルト４６が巻き掛けられる円環状の溝部４２ａ，４５ａが形成されている。回転軸線Ａ，Ｂが延びる方向における溝部４２ａ，４５ａの幅はいずれも、外周面から内径側に向かうに従って狭くなっている。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、駆動側プーリ４２は、ベルト４６を巻き掛けるピッチ径を変更可能な可変プーリによって構成されている。駆動側プーリ４２は、回転軸３２（回転軸線Ａ）に沿って相対的に移動可能に配置された一対のディスク４３を備える。一対のディスク４３にはそれぞれ、互いに近づく向きに突出する円錐台形状の突出部４３ａが設けられ、この突出部４３ａに円錐状の傾斜面４４が形成されている。一対の傾斜面４４間の間隙が溝部４２ａを構成する。一対のディスク４３の相対移動によるピッチ径の調整については、後で詳述する。

図３に示すように、従動側プーリ４５は、ベルト４６を巻き掛けるピッチ径（溝部４５ａの幅）を変更不可能な汎用プーリによって構成されている。この従動側プーリ４５は、回転軸線Ｂに沿った方向の肉厚がベルト４６の幅よりも厚い円盤からなり、その外周面に溝部４５ａが凹設されている。

ベルト（伝達部材）４６は、無端状であり、引張強度及び靭性に優れ、可撓性を有する材料（例えば金属等）からなる。ベルト４６の一部は駆動側プーリ４２に巻き掛けられ、ベルト４６の他の一部は従動側プーリ４５に巻き掛けられている。これらの巻掛部分は、出力軸２７の回転に従って移り変わる。前述のように、回転軸３２は主軸１７に沿って配置されているため、駆動側プーリ４２の回転軸線Ａは従動側プーリ４５の回転軸線Ｂに対して平行に位置している。よって、一対のプーリ４２，４５に対してベルト４６は、並行掛けの方式で巻き掛けられている。このようにしたベルト３８は、プーリ４２，４５それぞれの回転軸線Ａ，Ｂを結ぶ中心線（図示せず）に沿って両側に位置する一対の懸架部４６ａを備える。

ベルト４６は、上側部材３７に形成された開口３７ａから導出され、従動側プーリ４５に巻き掛けられている。ベルト４６の上側部材３７から突出した部分、及び従動側プーリ４５は、カバー４７によって覆い隠されている。

駆動機２６が駆動されると、出力軸２７と一体に第１歯車３３が回転する。これにより、第２歯車３４が回転することで、第２歯車３４と一体に回転軸３２と駆動側プーリ４２が回転する。また、駆動側プーリ４２の回転によってベルト４６が周回することで、ベルト４６を介して従動側プーリ４５と一体に主軸１７が回転する。出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度は、プーリ４２，４５のプーリ比によって定められる。

図４に示すように、変速機構４８は、駆動側プーリ４２が備える複数の巻掛部４９と、複数の巻掛部４９に対するベルト４６の巻掛位置を切り換える調整器（切換機構）５０とを備える。また、変速機構４８は、ベルト４６に張力を付与するためのテンションプーリ５７を備える。ベルト４６の巻掛位置を、複数の巻掛部４９のうちのいずれか１つから他の１つに切り換えることで、プーリ４２，４５のプーリ比を変更し、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を変更する。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、巻掛部４９はそれぞれ、傾斜面４４の径方向の内端４４ａから外端４４ｂまでの異なる位置によって構成されている。巻掛部４９にはそれぞれベルト４６を巻掛可能であり、回転軸線Ａを中心とする複数の巻掛部４９の直径Ｒはそれぞれ異なる。

詳しくは、対向する傾斜面４４間の溝幅ｗは、傾斜面４４の内端４４ａから外端４４ｂに向けて徐々に広がっている。そのうち、傾斜面４４に対するベルト４６の巻掛位置は、傾斜面４４間の溝幅ｗ１とベルト４６の幅Ｗとが一致する部位である。一方、一対のディスク４３の間隔Ｄ（Ｄ１，Ｄ２）は、調整器５０によって調整可能であり、この間隔Ｄの調整によって一対の傾斜面４４間の溝幅ｗも変わる。しかし、傾斜面４４に対するベルト４６の巻掛位置は、傾斜面４４間の溝幅ｗ１とベルト４６の幅Ｗとが一致する部位であるため、ディスク４３の間隔Ｄの変更前と変更後とで異なる。

つまり、傾斜面４４に対するベルト４６の巻掛位置は、間隔Ｄの調整によって内端４４ａから外端４４ｂまでの間で径方向に変移する。ベルト４６の巻掛位置が変わると、回転軸線Ａから巻掛位置までの距離、つまり直径（ピッチ径）Ｒ１，Ｒ２も変わる。よって、駆動側プーリ４２に対する従動側プーリ４５のプーリ比を変更できる。図４を参照すると、駆動側プーリ４２が備える巻掛部４９の最大直径Ｒ１は、従動側プーリ４５の巻掛部（溝部４５ａ）の直径ｒよりも小さい。

より具体的には、駆動側プーリ４２のピッチ径Ｒの変移は、次の通りである。図２Ａに示すように、一対のディスク４３を接近させ、これらの間隔Ｄ１を狭くすると、ベルト４６は、傾斜面４４の外端４４ｂ側に巻き掛けられるため、ベルト４６の巻掛位置のピッチ径Ｒ１は大きくなる。図２Ｂに示すように、一対のディスク４３を離間させ、これらの間隔Ｄ２を広くすると、ベルト４６は、傾斜面４４の内端４４ａ側に巻き掛けられるため、ベルト４６の巻掛位置のピッチ径Ｒ２は小さくなる。つまり、ディスク４３の間隔Ｄを狭くするに従って、ベルト４６の巻掛位置の直径Ｒは大きくなり、ディスク４３の間隔Ｄを広くするに従って、ベルト４６の巻掛位置の直径Ｒは小さくなる。このように、一対のディスク４３の間隔Ｄを必要に応じて調整することで、ベルト４６の巻掛位置及び直径Ｒを調整できる。

調整器５０は、駆動側プーリ４２を構成する一対のディスク４３を相対的に移動させて、対向する傾斜面４４の間隔Ｄを調整することで、ベルト４６の巻掛位置を複数の巻掛部４９のうちのいずれか１つから他のいずれか１つに切り換える。本実施形態では、上側ディスク４３が回転軸３２に沿って移動可能に取り付けられ、下側ディスク４３が回転軸３２に対して移動不可能に取り付けられている。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、調整器５０は、回転軸線Ａに沿って上側ディスク４３を上下動させることで、一対のディスク４３の間隔Ｄを調整する。調整器５０は、上側ディスク４３に取り付けられた枠体５１、回転軸３２に取り付けられたネジ軸５２、及び枠体５１に取り付けられたナット部材５３を備える。また、調整器５０は、上側ディスク４３を下側ディスクに向けて付勢するスプリング（付勢部材）５４を備える。

枠体５１は、円筒状で、回転軸線Ａを中心として上側ディスク４３の上面に取り付けられている。枠体５１の上端には、ナット部材５３を回転可能に取り付ける取付片５１ａが、径方向内向きに突設されている。取付片５１ａは、径方向内向きに突出した円環状の突片で構成されてもよいし、周方向に間隔をあけて径方向内向きに突出した複数の突片で構成されてもよい。

ネジ軸５２は、その軸線が回転軸３２の軸線と一致するように、回転軸３２の上端に取り付けられている。このネジ軸５２の軸線が、駆動側プーリ４２の回転軸線Ａである。

ナット部材５３は、枠体５１の上端に回転可能に取り付けられている。ナット部材５３には、ネジ軸５２を挿通するネジ孔５３ａと、枠体５１の取付片５１ａを挿通する円環状の取付溝５３ｂとが設けられている。取付溝５３ｂに取付片５１ａを配置することで、枠体５１に対してナット部材５３が回転可能に保持される。

回転軸線Ａを中心としてナット部材５３を正転させると、ネジ軸５２に対してナット部材５３が上向きに移動する。これにより、回転軸３２に沿って枠体５１と一緒に上側ディスク４３が上向きに移動することで、一対のディスク４３の間隔Ｄを広げることができる。一方、回転軸線Ａを中心としてナット部材５３を逆転させると、ネジ軸５２に対してナット部材５３が下向きに移動する。これにより、回転軸３２に沿って枠体５１と一緒に上側ディスク４３が下向きに移動することで、一対のディスク４３の間隔Ｄを狭めることができる。

スプリング５４は、回転軸３２の上側ディスク４３から突出した部分を取り囲むように配置されている。回転軸３２の上端には、支持板５５が取り付けられている。スプリング５４の下端は上側ディスク４３の上面に当接し、スプリング５４の上端は支持板５５の下面に当接し、上側ディスク４３と支持板５５の間にスプリング５４が圧縮状態で配置されている。スプリング５４の付勢によって上側ディスク４３は、下側ディスク４３に向けて付勢される。これにより、ネジ軸５２とネジ孔５３ａの遊び（許容される隙間）による上側ディスク４３のガタつきを抑制できる。

図１Ｂ及び図４に示すように、テンションプーリ（張設部材）５７は、円形状で、その外周には、径方向内向きに窪み、ベルト４６が配置される円環状の溝部５７ａが形成されている。テンションプーリ５７は、無端状のベルト４６内に位置するように、駆動側プーリ４２と従動側プーリ４５の間に配置されている。より具体的には、テンションプーリ５７は、揺動可能なアーム（可動部材）５８に対して回転可能に取り付けられている。アーム５８によってテンションプーリ５７は、一対の懸架部３８ａのうちの一方に対して交差する方向へ移動可能である。

アーム５８は、テンションプーリ５７を介してベルト４６を張設するために設けられている。具体的には、アーム５８は、図示しない枠体に回転可能に取り付けられた第１端５８ａと、テンションプーリ５７が回転可能に取り付けられた第２端５８ｂとを備える。アーム５８は、図４に実線で示す後退位置と図４に一点鎖線で示す進出位置とに移動可能であり、図示しない付勢部材（例えばスプリング）によって後退位置から進出位置に向けて付勢されている。後退位置から進出位置に向けたアーム５８の付勢方向は、駆動側プーリ４２の外周部と従動側プーリ４５の外周部とに接する接線に対して交差している。

アーム５８の進出位置は、テンションプーリ５７の少なくとも一部が前述した接線よりも外側（図４では下側）に位置し、ベルト４６の引張強度によってそれ以上外側への移動が不可能な位置として定義される。アーム５８の後退位置は、テンションプーリ５７の全てが前述した接線よりも内側（図４では上側）に位置し、ベルト４６からテンションプーリ５７が離れた位置として定義される。進出位置では、テンションプーリ５７による懸架部４６ａの押し広げによって、ベルト４６に張力が付与される。よって、駆動側プーリ４２、従動側プーリ４５及びテンションプーリ５７それぞれとベルト４６との間には滑りが生じ難いため、駆動機２６から主軸１７への駆動力の伝達効率は良好である。

ベルト４６（懸架部４６ａ）の内側にアーム５８とテンションプーリ５７を配置しているため、伝達機構３０を小型化できる。但し、アーム５８を介してテンションプーリ５７は、ベルト４６（懸架部４６ａ）の外側に配置されてもよい。このようにすれば、プーリ４２，４５に対するベルト４６の巻掛領域が増大するため、テンションプーリ５７をベルト４６の内側に配置した場合と比較して、プーリ４２，４５に対するベルト４６の滑りをより抑制できる。

前述のように、駆動機２６が駆動されると、出力軸２７、第１歯車３３、第２歯車３４、回転軸３２、駆動側プーリ４２、ベルト４６及び従動側プーリ４５を介して主軸１７が回転する。また、本実施形態の伝達機構３０は、調整器５０によって、ベルト４６の巻掛位置を駆動側プーリ４２が備える複数の巻掛部４９のうちのいずれかに切換可能である。調整器５０の駆動は、駆動機２６の駆動中及び停止中のいずれでも可能である。よって、駆動機２６の駆動状態に拘わらず、駆動側プーリ４２と従動側プーリ４５のプーリ比を変更でき、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を変更（調整）できる。

図１に示すように、本実施形態では、主軸１７の回転速度の変更作業性を向上するために、ナット部材５３を正転及び逆転させるための駆動部５９と、駆動機２６及び駆動部５９を制御する制御部６０とが設けられている。また、ポンプ１０の状況に応じて主軸１７の回転速度を変更できるように、水中軸受１８に温度検出部６１が設けられている。

駆動部５９は、正転及び逆転が可能なステッピングモータと、ステッピングモータとナット部材５３を機械的に接続する歯車機構とで構成されている。駆動部５９は、制御部６０の指令によって駆動する。駆動部５９を正転駆動させることで歯車機構を介してナット部材５３が正転し、駆動部５９を逆転駆動させることで歯車機構を介してナット部材５３が逆転する。これにより、駆動側プーリ４２を構成する一対のディスク４３の間隔Ｄを自動調整できる。

制御部６０は、駆動機２６、駆動部５９、及び温度検出部６１に電気的に接続されている。制御部６０は、単一又は複数のマイクロコンピュータ、及びその他の電子デバイスにより構成されている。制御部６０にはパーソナルコンピュータを用いてもよい。制御部６０は、制御プログラム、制御プログラムに用いられるデータを記憶する記憶部（図示せず）を備える。データには、水中軸受１８と主軸１７の焼き付きを防ぐための設定温度Ｔ（例えば200度）が含まれている。また、データには、駆動側プーリ４２が備える複数の巻掛部４９（複数のピッチ径Ｒ）に対応する主軸１７の回転速度が含まれている。

温度検出部６１は、水中軸受１８の温度を検出し、その検出結果を制御部６０に出力する温度センサである。温度検出部６１は、軸受ケーシング１４に配置された一対の水中軸受１８のうち、上側に位置する方に取り付けられている。

制御部６０は、温度検出部６１の検出結果に基づいて変速機構４８を制御し、主軸１７の回転速度を変更する。より具体的には、温度検出部６１の検出結果が設定温度Ｔ以下であることを示す場合、制御部６０は、変速機構４８によって最高効率点となる速度で主軸１７を回転させる（定常運転）。また、温度検出部６１の検出結果が設定温度Ｔよりも高いことを示す場合、制御部６０は、変速機構４８によって主軸１７の回転速度を下げる（非常運転）。

例えば、定常運転時の主軸１７の回転速度は360rpmであり、非常運転時の主軸１７の回転速度は144rpmである。つまり、非常運転時には、主軸１７の回転速度が40％になるように、調整器５０によって駆動側プーリ４２のピッチ径Ｒを調整する。なお、異なる設定温度Ｔを２以上設定し、主軸１７の回転速度を段階的に変更してもよい。

この構成は、立軸ポンプ１０が先行待機形である場合に有効である。一般的な先行待機形の立軸ポンプ１０は、図１に示す基本構造に加え、吸気管（図示せず）を備える。例えば吸気管の上端はポンプ床２の上側に配置され、吸気管の下端は羽根車２０よりも下側に位置するように揚水管１３に接続される。このポンプ１０は、吸水槽１内に水が溜まる前に、気象情報に基づいてオペレータによって始動され、吸水槽１内の水位によって気中運転、エアロック運転、気水混合運転及び全水運転のいずれかに切り換わる。

始動当初はポンプケーシング１２内に水が無い気中運転になる。吸水槽１内の水位が定められた揚水遮断水位（吸気管の下端）よりも高くなると、吸込口１２ａから吸い込んだ水と空気を一緒に排出する気水混合運転に移行する。羽根車２０が完全に浸かる最低水位よりも吸水槽１内の水位が高くなると、水のみを排出する全水運転に移行する。

排水により水位が最低水位よりも下がると、ポンプケーシング１２の吸込口１２ａから水と一緒に空気が吸い込まれることで、再び気水混合運転に移行する。その後、揚水遮断水位になると、吸気管から定量の空気が吸い込まれることで、揚水管１３内に水柱を保持したエアロック運転に移行する。通常ではこのエアロック運転が維持され、吸水槽１内の水が増えると、再び気水混合運転を経て全水運転に移行する。但し、エアロック運転中に何らかの要因で多量の空気が吸い込まれると、揚水管１３内の水柱が脱落し、気中運転に移行することもある。

気中運転中には水中軸受１８を水冷できないため、主軸１７との摺接によって水中軸受１８が昇温する。そして、水中軸受１８の温度が設定温度Ｔを超えると、水中軸受１８に主軸１７が焼き付いて運転不可能になる虞がある。駆動機２６を停止すれば、主軸１７と水中軸受１８の焼き付きは防げるが、この場合には吸水槽１への急な雨水の流入に対応できない。また、駆動機２６としての電動モータをＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）制御して、出力軸２７（主軸１７）の回転速度を下げることで、主軸１７と水中軸受１８との摺接を低減し、水中軸受１８の昇温を抑制することも可能である。しかし、この場合、電源波形のひずみによって振動又は騒音が発生するという不都合がある。

これに対して、本実施形態のポンプ１０は、温度検出部６１の検出結果が設定温度Ｔよりも高いことを示す場合、制御部６０が調整器５０を駆動して主軸１７の回転速度を下げる。これにより、主軸１７と水中軸受１８との摺接が低減され、水中軸受１８の昇温を抑制できるため、水中軸受１８に対する主軸１７の焼き付きを防止できる。よって、駆動機２６を停止したり、駆動機２６自体の回転速度を下げたりすることなく、ポンプ１０の先行待機運転を継続できる。

このように構成したポンプ１０は、以下の特徴を有する。

複数の巻掛部４９に対するベルト４６の巻掛位置を切り換える調整器（切換機構）５０を備えるため、この調整器５０の操作によって、駆動側プーリ４２の回転数に対する従動側プーリ４５の回転数の比率を変更できる。これにより、駆動機２６を停止することなく、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を変更できるため、主軸１７の回転速度を変更する作業性を向上できる。

ＶＶＶＦ制御（可変電圧可変周波数制御）によって駆動機２６（主軸１７）の回転速度を変更する場合、電源波形のひずみによる振動又は騒音が発生するが、変速機構４８を用いた本実施形態では、駆動機２６の回転速度を変更する必要がないため、このような不都合の発生を防止できる。

駆動側プーリ４２、従動側プーリ４５及びベルト４６によって構成された伝達機構３０は、多数の歯車によって構成された歯車機構と比較して、グリース等の潤滑剤の補充が不要のため、メンテナンス性を向上できる。また、ベルト４６の全長を変更することで、駆動機２６の配置を必要に応じて変更できる。

ベルト４６に張力を付与するテンションプーリ５７を備えるため、駆動側プーリ４２のピッチ径Ｒ（巻掛部４９）を変更し、ベルト４６を巻き掛ける周長が変わっても、テンションプーリ５７によってベルト４６を張設できる。よって、駆動側プーリ４２、従動側プーリ４５及びテンションプーリ５７それぞれとベルト４６との間に滑りが生じ難いため、駆動機２６から主軸１７への駆動力の伝達効率の低下を抑制できる。

駆動側プーリ４２は、回転軸線Ａに沿って相対的に移動可能な一対のディスク４３を有する可変プーリであり、巻掛部４９はそれぞれ、ディスク４３の径方向における傾斜面４４の内端４４ａから外端４４ｂまでの異なる位置によって構成されている。よって、駆動機２６の駆動力を主軸１７へ確実に伝達できるとともに、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を確実に変更できる。

温度検出部６１の検出温度に基づいて変速機構４８を制御する制御部６０を備え、温度検出部６１の検出結果が設定温度Ｔよりも高いことを示す場合、制御部６０は主軸１７の回転速度を下げる。よって、気象情報に基づいてオペレータによって始動され、吸水槽１内の水位に応じて運転状態が切り換わる先行待機形のポンプの場合、水中軸受１８に対する主軸１７の焼き付きを防止できるため、先行待機運転を確実に継続できる。

主軸１７に対して交差する向きに突出するように出力軸２７が配置され、出力軸２７と主軸１７が回転軸３２を介して接続されている。このように出力軸２７が配置される駆動機２６は、主軸１７の延長線上ではなく、主軸１７の横の任意の位置に配置される。よって、本実施形態のように主軸１７が垂直方向に延在する立軸ポンプ１０の場合、垂直方向におけるポンプ床２上の設置スペースを削減できる。

（第２実施形態）
図５及び図６は第２実施形態のポンプ１０を示す。第２実施形態のポンプ１０は、伝達機構３０の構成するプーリ４２，４５とベルト４６（図１Ｂ及び図４を参照）の代わりに、歯車６５，６６とチェーン６７を用いた点で、第１実施形態のポンプ１０と相違する。第１実施形態と同一構成については同一符号を付して、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、伝達機構３０は、回転軸３２を介して出力軸２７と主軸１７が接続されている。伝達機構３０は、回転軸３２に取り付けられた駆動側歯車（歯車群）６５、主軸１７の外側部１７ｂに取り付けられた従動側歯車６６、及び歯車６５，６６に巻き掛けられた無端状のチェーン６７を備える。また、伝達機構３０は、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を変更する変速機構４８を備える。

駆動側歯車（駆動側回転部材）６５は、回転軸３２の上端側に取り付けられている。従動側歯車（従動側回転部材）６６は、駆動側駆動側歯車６５と同じ高さに位置するように、主軸１７の外側部１７ｂの上端側に取り付けられている。歯車６５，６６はいずれも平歯車であり、周方向へ等間隔をあけて設けられ、径方向外向き突出した複数の歯をそれぞれ備える。駆動側歯車６５は、それぞれチェーン６７を巻掛可能な複数（本実施形態では４枚）の歯車（巻掛部４９ａ〜４９ｄ）を備える多段ギアによって構成されている。従動側歯車６６は、単一のギアによって構成されている。

チェーン（伝達部材）６７は、動力を伝達するための周知の金属製部材である。チェーン６７の一部は駆動側歯車６５に巻き掛けられ、チェーン６７の他の一部は従動側歯車６６に巻き掛けられている。チェーン６７の巻掛部分は、出力軸２７の回転に従って移り変わる。チェーン６７は、歯車６５，６６に対して並行掛けの方式で巻き掛けられており、歯車６５，６６それぞれの回転軸線Ａ，Ｂを結ぶ中心線に対して両側に位置する一対の懸架部６７ａを備える。

変速機構４８は、駆動側歯車６５が備える複数の巻掛部４９ａ〜４９ｄと、チェーン６７の巻掛位置を複数の巻掛部４９ａ〜４９ｄのうちのいずれか１つから他のいずれか１つに切り換えるディレイラ（切換機構）７０とを備える。複数の巻掛部４９ａ〜４９ｄに対するチェーン６７の巻掛位置を切り換えることで、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を変更できる。

図５及び図６に示すように、巻掛部４９ａ〜４９ｄはそれぞれ、駆動側歯車６５を構成する歯車によって構成されている。複数の巻掛部４９ａ〜４９ｄは、回転軸線Ａに沿った方向おいて、チェーン６７を巻掛可能な間隔をあけて配置されている。巻掛部４９ａ〜４９ｄを構成する歯車の直径Ｒ（Ｒ１〜Ｒ４）はそれぞれ異なっている。本実施形態では、図５において下端に配置されて出力軸２７側に位置する巻掛部４９ａの直径Ｒ１が最も大きく、出力軸２７から離れるに従って巻掛部４９ｂ〜４９ｄの直径Ｒ２〜Ｒ４は小さくなっている。最大である巻掛部４９ａの直径Ｒ１は、従動側歯車６６の直径よりも小さい。

ディレイラ７０は、チェーン６７に張力を付与する一対のテンションギア（張設部材）７１Ａ，７１Ｂと、テンションギア７１Ａ，７１Ｂを保持するアーム（可動部材）７２と、テンションギア７１Ａ，７１Ｂと一緒にアーム７２を回転軸線Ａに沿って移動させる駆動部７４とを備える。ディレイラ７０は、アーム７２と一体にテンションギア７１Ａ，７１Ｂを移動させることで、移動前の巻掛部（複数の巻掛部のうちのいずれか１つ）から脱線させたチェーン６７を異なる巻掛部（複数の巻掛部のうちの他のいずれか１つ）に巻き掛ける。

テンションギア７１Ａ，７１Ｂはそれぞれ、アーム７２の両端に回転可能に取り付けられている。テンションギア７１Ａ，７１Ｂは、平歯車であり、周方向へ等間隔をあけて設けられ、径方向外向き突出した複数の歯を備える。テンションギア７１Ａ，７１Ｂは、駆動側駆動側歯車６５と従動側従動側歯車６６の間に配置されている。そのうち、テンションギア７１Ａは無端状のチェーン６７の外部に配置され、テンションギア７１Ｂは無端状のチェーン６７の内部に配置されている。図６の例では、上側に位置するテンションギア７１Ａがチェーン６７の外部に配置され、下側に位置するテンションギア７１Ｂがチェーン６７の内部に配置されている。

チェーン６７は、駆動側歯車６５、上側テンションギア７１Ａ、下側テンションギア７１Ｂ、及び従動側歯車６６の順で巻き掛けられ、反時計回りに周回される。より具体的には、チェーン６７は、駆動側歯車６５に対して左半分の領域に巻き掛けられ、上側テンションギア７１Ａに対して右半分の領域に巻き掛けられ、下側テンションギア７１Ｂに対して左半分の領域に巻き掛けられ、従動側歯車６６に対して右半分の領域に巻き掛けられている。つまり、チェーン６７は、隣接した歯車に対して巻掛位置が逆側になるように巻き掛けられている。

アーム７２は、回転軸線Ａに対して平行に配置されたガイド軸７３を貫通させる貫通孔を備え、ガイド軸７３に沿って進退可能である。ガイド軸７３は一対のテンションギア７１Ａ，７１Ｂの間でアーム７２を貫通しており、このガイド軸７３を中心としてアーム７２は揺動可能である。

アーム７２は、図示しない付勢部材（例えばスプリング）によって、図６において時計回りに付勢されている。これにより、テンションギア７１Ａ，７１Ｂは、一対の懸架部６７ａのうちの一方（図６において下側の懸架部６７ａ）に対して交差する方向へ移動可能である。下側の懸架部６７ａのうち、駆動側歯車６５と上側テンションギア７１Ａとの間に位置する第１部分６７ｂには、上側テンションギア７１Ａによって張力が付与される。駆動側歯車６５と下側テンションギア７１Ｂとの間に位置する第２部分６７ｃには、下側テンションギア７１Ｂによって張力が付与される。

ガイド軸７３は、積層配置された複数の巻掛部４９ａ〜４９ｄのうち、出力軸２７側に位置する巻掛部４９ａから、出力軸２７から最も離れた巻掛部４９ｄにかけて延在している。これにより、巻掛部４９ａの径方向外側に対応する位置から、巻掛部４９ｄの径方向外側に対応する位置まで、テンションギア７１Ａ，７１Ｂを含むアーム７２をガイド軸７３に沿って案内できる。

駆動部７４は、正転及び逆転が可能なステッピングモータと、ステッピングモータとアーム７２を機械的に接続するリンク機構とで構成されている。リンク機構には、ステッピングモータの出力軸に取り付けたピニオンと、一端をアーム７２に取り付けたラックとを備え、これらの噛合によってアーム７２を進退可能とした構成を適用できる。但し、リンク機構には、ステッピングモータとアーム７２を機械的に接続し、ステッピングモータの正転によってアーム７２を巻掛部４９ａ側へ移動でき、ステッピングモータの逆転によってアーム７２を巻掛部４９ｄ側へ移動できる構成であれば、いずれでも適用できる。

駆動部７４は、制御部６０の指令によって駆動する。駆動部７４を正転駆動させることでアーム７２と一体にテンションギア７１Ａ，７１Ｂが大径の巻掛部４９ａ側に移動する。駆動部７４を逆転駆動させることでアーム７２と一体にテンションギア７１Ａ，７１Ｂが小径の巻掛部４９ｄ側に移動する。これにより、テンションギア７１Ａ，７１Ｂに巻き掛けられたチェーン６７の一部が一体に移動することで、チェーン６７の巻掛位置が複数の巻掛部（歯車）４９ａ〜４９ｄのうちのいずれか１つから他のいずれか１つに切り換えられる。その結果、駆動機２６を停止することなく、駆動側歯車６５の回転数に対する従動側歯車６６の回転数の比率を変更でき、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を変更できる。

このように構成したポンプ１０は、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。また、伝達機構３０は歯車６５，６６とチェーン６７を備え、巻掛部４９ａ〜４９ｄはそれぞれ駆動側歯車６５が備える複数の歯車によって構成されている。よって、駆動機２６の駆動力を主軸１７へ確実に伝達できるとともに、出力軸２７の回転速度に対する主軸１７の回転速度を確実に変更できる。しかも、歯車６５，６６とチェーン６７を用いた伝達機構３０は、プーリ４２，４５とベルト４６を用いる場合と比較して、より伝達効率を向上できる。

なお、本発明のポンプ１０は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。

例えば、第１実施形態のポンプ１０のように、回転部材としてプーリを用い、張設部材としてベルトを用いる場合、歯車と同様の機能を備えるタイミングプーリとタイミングベルト（歯付ベルト）を採用してもよい。

駆動側回転部材４２，６５が複数の巻掛部４９を備える構成としたが、従動側回転部材４５，６６が複数の巻掛部４９を備えていてもよい。また、駆動側回転部材４２，６５と従動側回転部材４５，６６がそれぞれ、複数の巻掛部４９を備えていてもよい。第１実施形態に示す駆動側プーリ４２と従動側プーリ４５の両方を可変プーリによって構成する場合、張設部材（テンションプーリ５７）は設けなくてもよい。

回転軸３２を介して出力軸２７と主軸１７を接続する構造は、歯車３３，３４の代わりに一対のプーリとベルトを用いてもよく、必要に応じて変更が可能である。

変速機構４８は、可変式のプーリ４２及び多段式の歯車６５を用いた形式に限られず、トランスミッション式又は遊星歯車式であってもよい。

図７に示すように、出力軸２７と主軸１７は、回転軸３２を介して接続する構成に限られず、主軸１７に沿って出力軸２７を配置して一対のプーリ４２，４５とベルト４６によって接続してもよい。この場合、駆動側プーリ４２は出力軸２７に取り付けられる。勿論、伝達機構３０として歯車６５，６６とチェーン６７を用いた第２実施形態のポンプ１０においても、主軸１７に沿って出力軸２７を配置して駆動側歯車６５を出力軸２７に取り付けてもよい。

本発明の駆動機構２５を用いるポンプは、垂直方向に延在する主軸１７を備える立軸ポンプ１０に限られず、水平方向に延在する主軸を備える横軸ポンプであってもよい。この場合、主軸に対して交差する方向に出力軸を配置することで、駆動機は、主軸の延長線上ではなく、主軸の横の任意の位置に配置される。よって、水平方向におけるポンプ床上の設置スペースを削減できる。

１ 吸水槽
２ ポンプ床（据付床）
２ａ 貫通孔
１０ ポンプ
１２ ポンプケーシング
１２ａ 吸込口
１３ 揚水管
１４ 軸受ケーシング
１５ 吐出管
１７ 主軸
１７ａ 内側部
１７ｂ 外側部
１８ 水中軸受
１９ 軸封装置
２０ 羽根車
２５ 駆動機構
２６ 駆動機
２７ 出力軸
３０ 伝達機構
３２ 回転軸
３３ 第１歯車
３４ 第２歯車
３５ ハウジング
３６ 下側部材
３７ 上側部材
３７ａ 開口
３８ 中間部材
３９ 支持板
４０ 軸受
４２ 駆動側プーリ（駆動側回転部材）
４２ａ 溝部
４３ ディスク
４３ａ 突出部
４４ 傾斜面
４４ａ 内端
４４ｂ 外端
４５ 従動側プーリ（従動側回転部材）
４５ａ 溝部
４６ ベルト（伝達部材）
４６ａ 懸架部
４７ カバー
４８ 変速機構
４９，４９ａ〜４９ｄ 巻掛部
５０ 調整器（切換機構）
５１ 枠体
５１ａ 取付片
５２ ネジ軸
５３ ナット部材
５３ａ ネジ孔
５３ｂ 取付溝
５４ スプリング
５５ 支持板
５７ テンションプーリ（張設部材）
５７ａ 溝部
５８ アーム（可動部材）
５８ａ 第１端
５８ｂ 第２端
５９ 駆動部
６０ 制御部
６１ 温度検出部
６５ 駆動側歯車（駆動側回転部材）
６６ 従動側歯車（従動側回転部材）
６７ チェーン（伝達部材）
６７ａ 懸架部
６７ｂ 第１部分
６７ｃ 第２部分
７０ ディレイラ（切換機構）
７１Ａ，７１Ｂ テンションギア（張設部材）
７２ アーム（可動部材）
７３ ガイド軸
７４ 駆動部
Ａ 駆動側回転部材の回転軸線
Ｂ 従動側回転部材の回転軸線

Claims (7)

1. ポンプケーシングの内部に配置された内側部と、前記ポンプケーシングの外部に配置された外側部とを有する主軸と、
   定速で回転する出力軸を有する駆動機と、
   前記主軸が回転するように前記駆動機の駆動力を前記主軸に伝達する伝達機構と
   を備え、
   前記伝達機構は、
   前記出力軸に接続され、前記主軸に沿って配置された回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられた駆動側回転部材と、
   前記主軸の前記外側部に取り付けられた従動側回転部材と、
   前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材に巻き掛けられた無端状の伝達部材と、
   前記出力軸の回転速度に対する前記主軸の回転速度を変更する変速機構と
   を備え、
   前記変速機構は、
   前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のうちの一方が備えており、それぞれ前記伝達部材を巻掛可能で、それぞれ直径が異なる複数の巻掛部と、
   前記伝達部材の巻掛位置を、前記複数の巻掛部のうちのいずれか１つから他のいずれか１つに切り換える切換機構と
   を備える、ポンプ。
2. ポンプケーシングの内部に配置された内側部と、前記ポンプケーシングの外部に配置された外側部とを有する主軸と、
   前記主軸に沿って配置され、定速で回転する出力軸を有する駆動機と、
   前記主軸が回転するように前記駆動機の駆動力を前記主軸に伝達する伝達機構と
   を備え、
   前記伝達機構は、
   前記出力軸に取り付けられた駆動側回転部材と、
   前記主軸の前記外側部に取り付けられた従動側回転部材と、
   前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材に巻き掛けられた無端状の伝達部材と、
   前記出力軸の回転速度に対する前記主軸の回転速度を変更する変速機構と
   を備え、
   前記変速機構は、
   前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のうちの一方が備えており、それぞれ前記伝達部材を巻掛可能で、それぞれ直径が異なる複数の巻掛部と、
   前記伝達部材の巻掛位置を、前記複数の巻掛部のうちのいずれか１つから他のいずれか１つに切り換える切換機構と
   を備える、ポンプ。
3. 前記変速機構は、
   前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材の間に配置され、前記伝達部材に張力を付与する張設部材と、
   前記張設部材を回転可能に保持し、前記伝達部材に対して交差する方向へ前記張設部材の一部を移動させる可動部材と
   を備える、請求項１又は２に記載のポンプ。
4. 前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材はいずれもプーリで、
   前記伝達部材はベルトであり、
   前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のうちの前記一方は、その回転軸線に沿って相対的に移動可能な一対のディスクを有し、前記一対のディスクはそれぞれ互いに近づく向きに突出する円錐状の傾斜面を含む可変プーリによって構成され、
   前記巻掛部はそれぞれ、前記傾斜面の径方向の内端から外端までの異なる位置によって構成されており、
   前記切換機構は、前記傾斜面に対する前記ベルトの巻掛位置が変わるように、前記一対のディスクを相対的に移動させて、対向する前記傾斜面の間隔を調整する調整器である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ。
5. 前記駆動側回転部材と前記従動側回転部材はいずれも歯車で、
   前記伝達部材はチェーンであり、
   前記駆動側回転部材及び前記従動側回転部材のうちの前記一方は、その回転軸線に沿って直径が異なる複数の歯車を配置した多段ギアによって構成され、
   前記巻掛部はそれぞれ、前記複数の歯車によって構成されており、
   前記切換機構は、前記複数の歯車に対する前記チェーンの巻掛位置が変わるように、前記回転軸線に沿って前記チェーンの一部を移動させるディレイラである、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ。
6. 前記主軸の前記内側部を軸支する水中軸受と、
   前記水中軸受の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部の検出結果に基づいて前記変速機構を制御する制御部と
   を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のポンプ。
7. 前記温度検出部の検出結果が設定温度よりも高いことを示す場合、前記制御部は、前記変速機構によって前記主軸の回転速度を下げる、請求項６に記載のポンプ。

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